TW201201308A - Process Chamber liner with apertures for particle containment - Google Patents

Description

201201308 */ t 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明疋關於在半導體（semiconductor)製造中的電 聚處理（plasma processing )。 【先前技術】 電漿處理設備在用於加工（treat)由製程室（process chamber)中的壓板（piaten)所支樓的工件的製程室中產 生電漿。電漿處理設備可包含（但不限於）摻雜系統（doping System)、蝕刻系統（etching System)和沈積系統（deposition system)。電漿一般是離子（通常具有正電荷）和電子（具 有負電荷）的準中性集合（quasi-neutral collection )。在電 漿的本體（bulk)中，電漿具有約為〇伏特/厘米的電場。 在一些電漿處理設備中，來自電漿的離子被朝向工件吸 引。在電漿掺雜設備中，可以充分的能量來吸引離子，以 植入到工件（例如，在一個例子中是半導體基底）的物理 結構中。 轉到圖1，其說明一個示範性電漿摻雜設備100的示 意圖。電漿掺雜設備100包含界定封閉空間（enclosed volume) 103 的製程室 102。氣體源（gas source) 104 通過 質量流量控制器（mass flow Controller) 106將主要摻雜氣 體（primary dopant gas)提供到製程室102的封閉空間 103。氣體擋板（gas baffle) 170可定位在製程室102中’ 以使來自氣體源104的氣體的流動偏轉。壓力計（pressure gauge) 108測量製程室102内的壓力。真空泵（vacuum 201201308 ^ / U^.-rL/iA. pump) 112通過排氣口（exhaustp〇rt) 11〇排空來自製程 室102的排氣。排氣閥114控制穿過排氣口 11〇的排氣傳 導性（exhaust conductance)。 電漿摻雜設備100可進一步包含氣壓控制器（gas pressure Controller) 116 ,氣壓控制器116電連接到質量流 量控制器106、壓力計1〇8和排氣閥114。氣壓控制器116 可經配置以通過在回應於壓力計⑽的回饋環 loop)中以排氣閥114來控制排氣傳導性或以質量流量控 帝J器106來控制製程氣體流動速率，而在製程室中維 持所要壓力。 製程至102可具有室頂部（chamber t〇p) 118，室頂 部118包含由介電（didectric)材料形成的在大體上水平 的方向上延伸的第一部分（flrstsecti〇n) 12〇。室頂部ιΐ8 還包含由介電材料形成的在大體上垂直的方向上從第一部 分120延伸一高度的第二部分122。室頂部ιΐ8進一步包 含由導電和導熱材料形成的在水平方向上延伸越過第 分122的蓋子124。 電漿摻雜設備進-步包含經配置以在製程室1〇2内產 生電漿140的源101。源101可包含用以*RF功率供應到 平面天線126和螺旋天線146中的一者或兩者以產^電漿 H0的RF源150 (例如電源）。RF源15〇可通過阻抗匹配 網路（impedance matching network) 152 耦合到天線 126、 ⑽，所述阻抗匹配網路152將好源15〇的輸出阻抗 (output impedance)匹配到Μ天線126、146的阻抗以 4 201201308 便使從RF源350傳送到RF天線126、146的功率最大化。 電漿摻雜設備還可包含電耦合到壓板134的偏壓電源 (bias P〇Wer supply )丨9〇。電漿摻雜系統可進一步包含控制 器156和用戶介面系統（user interface system ) 158。控制 器156可為或包含可經程式化以執行所要輸入/輸出功能 的通用電腦或通用電腦的網路。控制器156還可包含通作 裝置、資料存儲裝置和軟體。用戶介面系統158可包含; 如觸控螢幕（touch Screen)、鍵盤、用戶指向裝置（训打 pointing device)、顯示器、印表機等裝置，以允許用戶輸 入命令和/或資料且/或經由控制器156來監視電漿摻雜設 備。可將遮罩環（shield ring) 194安置在壓板134周圍， 以改善靠近工件138的邊緣所植入的離子分佈的均一性。 還可將例如法拉第杯（Faraday cup) 199等的一個或一個 以上法拉第感測器（Faracjay sensor)定位在遮罩環194中， 以感測離子束電流（ion beam current)。 -在操作中，軋體源1〇4供應含有所要摻雜物的主要摻 雜氣體，以供植入到工件138中。源1〇1經配置以在製程 至102内產生電漿14〇。可由控制器156控制所述源i〇i。 為了產生電漿140，RF源150在RF天線126、146中的至 少一者中使RF電流諧振，以產生振動磁場（〇sdllating magnetic field)。振動磁場將RF電流誘導到製程室1〇2

中。裝程至102中的RF電流激發並離子化主要摻雜氣體， 以產生電漿140。 V 偏壓電源190提供具有脈衝“開（0N)，，週期和“關 201201308 (0FF) ”週期的脈衝壓板信號（pulsed platen signal)，以力口 偏壓於壓板134且因此加偏壓於工件138，以使來自電浆 140的離子1〇9朝向工件138加速。離子1〇9可為帶正電 荷的離子，且因此脈衝壓板信號的脈衝“開，’週期可相對於 製程室102而為負電壓脈衝，以吸引帶正電荷的離子。可 選擇脈衝壓板信號的頻率和/或脈衝的工作循環以提供所 要劑量率（dose rate)。可選擇脈衝壓板信號的振幅 (amplitude)以提供所要能量。 在電漿處理期間，在製程室1〇2的側壁上可能產生粒 子（particle)。這些粒子可具有任何組成，且可包含（但 不限於）石夕（silicon )、碳（carb〇n )、二氧化矽（siHcon 〇xide) 和氧化鋁（aluminum oxide)。還可能通過工件或工具自身 的濺鍍（sputtering)來產生這些粒子。在一些實施例中， 可引入保護製程室102的側壁的襯管（liner) 193。此襯管 193通常延伸製程室1〇2侧壁的高度從而到達第一部分 120 ’並沿著底板（fl〇〇r；)或製程室1〇2延伸。然而粒子 仍可能聚積在襯管193的側表面197上。隨著時間的過去， 这些粒子可能會經受可能大於將粒子固持到襯管193的侧 表面197的黏合強度（a(jhesive strength)的外力。這些外 力了包3 (但不限於）靜電力（electr〇static )、由於 壓力突然改變所產生的衝擊波（Shock wave)和歸因於在 側壁或襯管193上的持續沈積的重力（βΓ—η3ΐ免似）。 々當克服這些粒子的黏合強度時，所述粒子從侧壁（或 概管193)釋放出來，且可能懸浮在電漿中（在有活性的 6 201201308 J / OZHpii 情況下），或由於重力而落下。在_些情況下，這 在工件138的頂上’從而影響工件138的至少一^ 能性，且可能導致較低的裝置良率（yidd) 二 下，這些粒子可能落到製程㈣2的底板上1而他 在此情況下’由所導致的靜電力也可能從i程室〇2 的f板向上吸引粒子。此力致使粒子再次懸浮在丄容 子將最終著陸… 性，從而影響工件138的處理和裝置良率。 -種使工件U8料铸低朗最核 有規律地清洗製程室102的側壁和底板。另—種2 = 有規律地清洗或替換襯管193 H這些 ^ 摻雜設備漏的額外停機時間（d〇Wntime)，這降低了 Z 的效率。 因此，需要-種將減少粒子著陸在工件頂上的可能性 和粒子降低裝置良率的可能性的設備。 【發明内容】 據本，明2第—方面’提供—種供在製程室内使用 的a又備。所述設備包含適於覆蓋製程室的侧壁的概管，其 具有對應於製程室中的各個人口（廊）和出口（—Μ)、 的孔隙。另外’襯管在其底部表面上具有—個或—個以上 孔隙，所述孔隙允絲子㈣_。姆經設計成高度小 於製程室賴壁。這允許將鮮放置在室内，使得概管的 底部表面位於製程室的底板上方。這使已落到製程室底板 上的粒子·㈣料的可祕最小化。在—些實施例 201201308

〇/O^HpH 中，底部表面中的孔隙的寬度小於底部表面的厚度。 根據本發明的第二方面，提供一種底部襯管。此 具有一個或一個以上孔隙，且可與一般襯管聯合使用，以 及，沒有襯管的製程室中使用。底部襯管固持在製程室的 底部上方（例如，由一個或一個以上間隔件（spacer))。 【實施方式】 如上文所描述，傳統電漿處理設備可能產生黏合到製 程至102的側壁的粒子。如上文所描述襯管可用於 消除到製程室1G2的側壁的黏合，然而由於粒子累積和隨 後的分離，到襯管193的黏合仍可能帶來良率問題。 目前，如圖1中所示’襯管193延伸室側壁的整個高 度，從而從第-部分120到達室的底板，並沿著製程室1〇2 的底板延伸。在一些實施例中，室的形狀是圓柱形的，從 而產生底部表面196為環形且側表面197從環形底部表面 196的外圓周向上延伸的襯管丨93。侧表面197優選垂直於 底部表面196。在一些實施例中，製程室1〇2可具有沿著 室的側壁的一個或一個以上入口和/或出口。舉例來說，排 氣口 110可沿著製程室1〇2的側壁而定位。在入口或出口 沿著製程室的侧壁而定位的情況下’襯管193在側表面197 中含有對應的孔隙195,從而允許氣體自由流入和流出製 程室102。 根據本發明的一個實施例，將襯管界定成如圖2中所 示。襯管200可由鋁或另一導電材料構成，且可為單一式 構造（unitary construction)。在一些實施例中，襯管200 201201308 J/O^Hpu 、、、覆有（例如）熱喷塗石夕（thermai Sprayed siiic〇n)e如上 f所描述’襯管200包含環形形狀的底部表面2〇1。從底 邛表面201的外圓周向上延伸的是側表面202。襯管200 的側表面202的高度小於製程室1〇2的侧壁的高度。為了 確保襯笞200保護製程室1〇2的側壁，在襯管2〇〇的下方 ^入間隔件210。這些間隔件21〇抬升襯管2〇〇，以使得襯 官f⑻的側表面202的上部邊緣覆蓋製程室1〇2的側壁的 頂，部分。換句話說，增加間隔件21〇高度的側表面2〇2 的高度優選地約與製程室102中的側壁的高度相同。因 此襯笞200延伸到第一部分12〇。這允許襯管2〇〇保護 製程室102的侧壁。 間隔件210優選由導電材料構成。間隔件21〇可為鋁 襯套（bushing)或另一結構，且可存在一個或一個以上用 ^支撐襯管200的間隔件210。間隔件的高度可介於〇 25” 英寸向與1.00”英寸高之間。在一些實施例中，優選地概管 200的底部表面201不高於壓板134。 圖6繪示襯管200和間隔件21〇的一個實施例的展開 圖。在此實施例中，襯管200經安裝以便通過使用間隔件 210而從製程室102的底部偏移（〇ffset)e使用扣件 (fastener) 207來將襯管200的底部表面2〇1和間隔件2ι〇 緊固到製程室102。扣件207優選是導電的且可為 螺栓。間隔件在製程室102的底板與襯管的底部表'表面^ 之間產生空間310。 參看圖2到圖4，可見襯管200可具有沿著其側表面 201201308 202的一個或一個以上孔隙305。如上文所描述，這些孔隙 優選與製程室102的侧壁中的入口或出口對準。可^需要 額外的孔隙來允許將工件138和壓板134移動到製程室 102中’或移出製程室102。襯管200的側表面202的厪声 可介於(U英寸與0.25英寸之^ 如上文所描述，襯管200的底部表面2〇1優選為環形 形狀’其中内徑可大於或等於壓板134的直徑，使得襯管 200配合在製程室1〇2中處於壓板134的周圍。在一些實 施例中，所述内徑介於15.5”英寸與16.0”英寸之間。可將 環形底部表面201的外徑製造成與製程室1〇2的直徑大致 相同，使得襯管200的側表面202在正常操作期問賢貴劍 程室102的側壁（例如，相距小於〇125，，八所述外I可介 於21.5’·英寸與22.0，，英寸之間。 除了從製程室102的底板被抬升之外，襯管2⑻還在 f底部表面201上具有孔隙3〇9。這些孔隙3⑻允許粒子 落下穿過底部表面2(U，並陷在界定在製程室1G2的底板 與襯管200的底部表面202之間的空間31〇中。在一些實 施例中，間隔件210 (例如）通過穿過一個或一個以上扣 件孔（fastener hole) 307的扣件207而附著到襯管2〇〇的 底部，面2〇卜在一個實施例中，扣件207是螺絲。 、可以多種方式來配置孔隙309。舉例來說，圖3將孔 隙繪示為同心f曲；形槽（_entde slot)圖4將孔隙纟會示為數行徑向孔。另外，可使用任何 其他樣式的孔或任何形狀的孔來形成孔隙309。 201201308 J /o^*tpn 圖5繪示襯管200的底部表面201的一個實施例的仰 視圖。在此實施例中’提供六個扣件孔3〇7以允許到對應 數目的間隔件210的附接。在此實施例中，孔隙309為寬 度約為0.125英寸的同心彎曲弓形槽。只要維持充分的結 構支撐’就可視需要將孔隙309定位成彼此靠近。在一些 實施例中，外徑311與内徑312之間超過40%的面積是敞 開的。換句話說’孔隙309的出現導致本來存在於外徑311 與内徑312之間的至少40%的材料被移除。在其他實施例 中，底部表面201上的敞開面積的百分比高於5〇%。敞開 空間的量使粒子將落下穿過底部表面2〇1並陷在襯管2〇〇 的底部表面201與製程室1〇2的底板之間的空間31〇中的 可月b性最大化。儘管僅繪示了兩組同心槽，但本發明不限 於此實施例；可使用任何合適數目的孔隙。 一旦粒子落在襯管200的底部表面2〇1與製程室1〇2 的底板之間的空間310中，有益的是這些粒子'保持陷在此 空間内。製程室102中壓力的持續變化可導致粒子被獅 並從製程室102的底板向上浮動。在一些實施例中，孔隙 經設計以使粒子向上浮動穿過孔隙的可能性最小化。在一' 些實施例中，這是通過控制襯管2〇〇的底部表面2〇ι 度與孔隙3G9的寬度的比率（也被稱作孔隙的縱橫比 (aspect ratio))來實現的。舉例來說，在一些中， 孔隙3_寬度約為〇.125英寸，而襯管 度為⑽英寸。在此情況下，表面厚度與孔隙g = 為2。在其他實施例中，大於1的比率是合適的。=二維 201201308 j / oz.nun 孔隙309巾’特徵尺寸通常是 較小的尺寸。舉例來說，可將孔隙3Q9的特徵尺寸界定成 其直徑（在圓形⑽3G9的情況下）或其寬度（在槽式孔 隙309的情況下）。 通過創建大於1的縱橫比，粒子向上浮動並穿過孔隙 的可能性降低。這減少了落在卫件138頂上的粒子的數 目，且因此改進了設備的裝置良率。 在另一實施例中，襯管僅包括底部表面。圖7繪示一 實施例’其中在製程室1G2中使用僅具有底部表面的概管 700。在此實施例中，常規襯管193經安裝以對製程室1〇2 的侧壁進行加襯以促進清洗。襯管7〇〇安裝在襯管I%的 頂部，且可使用扣件緊固到襯管193或製程室1〇2。襯管 7〇〇(例如）通過間隔件21〇而從襯管193的底部表面 偏移。如上文所描述，間隔件可為導㈣，且可為在呂襯套 或任何其他合適的構件。在一些實施例中，間隔件的高度 介於0.25”與1.0”之間。在一些實施例中，扣件將襯管7⑽ 緊固到預先存在的襯管193。在其他實施例中，扣件（例 如）通過穿過預先存在的襯管193中的孔而將襯管 接緊固到製程室102。 在其他實施例中，可在不存在預先存在的襯管193的 情況下使用襯管700。在此實施例中，使用扣件穿過間隔 件210來將襯管700緊扣到製程室1〇2的底板。 *在使用襯管700的實施例中，在製程室102的底板與 襯管700的底部表面之間仍產生空間31〇。另外如上文 201201308 相對於襯官200所描述，襯管7〇〇的底部表面包括多個孔 隙。因此’粒子穿過襯管7〇〇中的孔隙並陷在空間31〇中。 在一些貫施例中’所述孔隙包括襯管7〇〇的超過4〇%的面 積。在一些實施例中，孔隙的縱橫比大於i。 此外，襯管700的尺寸類似於襯管2〇〇的底部表面。 換句話說，襯管700為環形形狀，其内徑介於約15 5，，與 16.0”之間’且外徑介於約215，，與22 〇,，之間。襯管7〇〇的 孔隙可為任何樣式，例如圖3到圖5中所示的樣式。 本發明的範圍不應受本文所描述的具體實施例限 制。實際上，除了本文所描述的實施例和修改外，所屬領 域的一般技術人員將從前述描述和附圖明白本發明的其他 各種實施例和對本發明的修改。因此，此類其他實施例和 修改既定屬於本發明的範圍内。另外，儘管本文已出於特 定目的在特定環境中的特定實施方案的上下文中描述了本 發明，但所屬領域的一般技術人員將認識到，本發明的效 用並不限於此’且本發明可出於任何數目的目的在任何數 目的環境中有益地實施。因此，應鑒於如本文所描述的本 發明的整個廣度和精神來解釋下文所陳述的申請專利範 圍。 【圖式簡單說明】 圖1是現有技術的電漿摻雜設備的示意圖。 圖2是與本發明一致的電漿摻雜設備的示意圖。 圖3疋與本發明一致的襯管的第一實施例。 圖4是與本發明一致的襯管的第二實施例。 13

201201308 u / u^>~r^/AX 圖5是圖3的實施例的仰視圖。 圖6繪示與實施例一起使用的間隔件。 圖7是與常規襯管聯合使用的底部襯管的實施例。 【主要元件符號說明】 100 :電漿摻雜設備 101 :源 102 :製程室 103 :封閉空間 104 :氣體源 106 :質量流量控制器 108 :壓力計 109 :離子 110 :排氣口 112 :真空泵 114 :排氣閥 116 :氣壓控制器 118 :室頂部 120 :第一部分 122 :第二部分 124 :蓋子 126 :平面天線/RF天線/天線 134 :壓板 138 :工件 140 :電漿 146 :螺旋天線/RF天線/天線 201201308 J /ΟΖ,Η-ρΐΙ 150 : RF 源 152 :阻抗匹配網路 156 :控制器 158 :用戶介面系統 170 :氣體擋板 190 :偏壓電源 193 :襯管 194 :遮罩環 195 :孔隙 196 :底部表面 197 :側表面 199 :法拉第籠 200 :襯管 201 :底部表面 202 :側表面 207 :扣件 210 :間隔件 305 ·•孔隙 307 :扣件孔 309 :孔隙 310 :空間 311 :外徑 312 :内徑 700 :襯管

Claims (1)

1. 201201308 七、申請專利範圍： 蕾將i —種用於減少電料理設制餘子縣置，所述 =處理設備具有趣和底板，且其巾壓缺 板上，所述裝置包括： 襯管，包括： 側表面，其中所述側表面的高度小於所述側壁的高 度，且經配置以接觸所述側壁；以及 、底部表面，間隔在所述底板上方，並界定一個或一個 、孔隙粒子可穿過所述孔隙以使得所述粒子落到界定 在所職板與所述底部表面之_空財；j^洛到界疋 一個或一個以上間隔件，附著到所述底部表面且經 配置以將所述底部表面間隔在所述底板上方。 _!^申請專利範圍第1項所叙胁減少㈣處理 6又備内的粒子的裝置’其巾所述底部表面具有厚度且所述 孔隙具有紐，且職厚度無述寬度_觀大於i。 3.如申請專利範圍第1項所述之用於減少電漿處理 設^的粒子的裝置，其中所述壓板定位在所述底板上方 的一南度處，且所述間隔件用於將所述底部表面定位在 於所述壓板的所述高度的高度處。 ^ ^ 4.如申請專利範圍第1項所述之用於減少電漿處理 設備内的粒子的裝置，其中所述孔隙包括多個圓形孔。 ^ 5.如申請專利範圍第1項所述之用於減少4漿處理 設備内的粒子的裝置，其中所述孔隙包括多_心彎曲弓 201201308 j / υ^.τι/11 設備内的之祕減少魏處理 ^5英寸 同心彎曲弓形槽中的每—者的寬度約為 = 置’其中所述底部表面為環形形狀，其 闲III，Β ⑦定以允許將所述底部表面放置在所述壓板 。，外徑的尺寸約與所述電漿處理設備的直徑相同。 8·如申請專利範圍第7項所述之用於減少 設備内，粒子的裝置，其中所述孔隙佔據所述底部表面的 9. 一種電漿處理設備，包括： 底板； 頂部部分； 圓柱形側壁，從所述底板延伸到所述頂部部分，所述 底板、所述頂部部分和所述圓柱形側壁界定圓柱形室； 壓板，位於所述圓柱形室中，處於高於所述底板且低 於所述頂部部分的高度處； 襯管，包括： 環形形狀的底部表面，界定一個或一個以上孔隙；以 及 一個或一個以上間隔件，經定位以將所述底部表面支 樓在所述底板上方和所述壓板下方的高度處，以便在所述 底板與所述底部表面之間界定空間。 17 201201308 1〇π如申請專利範圍第9項所述之電漿處理設備，其 /所述環形環包括内徑與外徑，所述内徑大小經設定以允 許將所述底部表面放置在所述壓板周圍，且所述外徑的尺 寸約與所述電漿處理設備的直徑相同。 11. 如申請專利範圍第9項所述之電漿處理設備，其 中扣件將所述襯管緊固到所述底板。 12. 如申請專利範圍第9項所述之所述的電漿處理設 備’其中所述孔隙包括多個圓形孔。 13·如申請專利範圍第9項所述之所述的電漿處理設 備，其中所述孔隙包括多個同心彎曲弓形槽。 14·如申請專利範圍第13項所述之電漿處理設備，其 中所述底部表面約為〇·25英寸厚，且所述多個同心彎曲弓 形槽中的每一者的寬度約為〇125英寸。 15·如申請專利範圍第9項所述之電漿處理設備，其 中所述孔隙佔據所述底部表面的至少4〇%。 16. 如申請專利範圍第9項所述之電漿處理設備，進 一步包括第一襯管，所述第二襯管包括經配置以對所述側 壁進行加襯的側表面和經配置以對所述底板進行加襯的底 部表面，且借此所述襯管定位在所述第二襯管的頂上。 17. —種電漿處理設備，包括： 底板； 頂部部分； 圓柱形側壁，從所述底板延伸到所述頂部部分，所述 底板、所述頂部部分和所述圓柱形側壁界定圓柱形室； 201201308 壓板，位於所述圓柱形室中，處於高於所述底板且低 於所述頂部部分的高度處； 襯管，包括： 圓柱形侧表面，其長度短於所述圓柱形侧壁，且經定 位以從所述頂部部分到所述底板上方的位置覆蓋所述圓柱 形侧壁；以及 環形形狀的底部表面，在外徑上連接到所述圓柱形側 ，面，且具有足夠大的内徑以從所述壓板上通過，所述底 部表面界定一個或一個以上孔隙；以及 。 個或一個以上間隔件，經定位以將所述底部表面支 ，在所述底板上方和所述壓板下方的高度處，以便在所述 底板與所述底部表面之間界定空間。 18·如申請專利範圍第17項所述之電漿處理設備，豆 =述底部表面具有厚度且所述⑽具有寬度，且所述厚 度與所述寬度的比率大於1。 19. 如申請專利範㈣17項所述之電聚處理設備其 中所述孔隙包括同心彎曲弓形槽。 20. 如申請專利範圍第17項所述之電聚處理設備，其 中斤述孔隙佔據環形形狀的所述底部表面的面積的至少 〇